中枢神经系统损伤中自噬通量相关研究进展

倪贵平 赵志成 沈剑虹

[摘   要]   自噬是通过溶酶体途径降解衰老或受损细胞器的过程，自噬过程又称为自噬通量，作为一种自我保护机制是细胞正常生长所必需的，对保护细胞免受代谢应激和氧化损伤、维持细胞内环境稳定以及产物的降解和循环再利用具有重要作用。自噬通量受损在中枢神经系统损伤的发生和发展中起着至关重要的作用。本文系统介绍近年来关于创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）和脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）不同中枢神经系统损伤模型中自噬通量的变化、自噬的好坏与自噬通量阈值及其与预后的关系。

[关键词]   自噬；自噬通量；中枢神经系统损伤

[中图分类号]   R393 [文献标志码]   B [DOI]   10.19767/j.cnki.32-1412.2023.03.007

自噬是一种由溶酶体介导的细胞自我消化功能，广泛存在于真核细胞中。自噬主要有3种形式：微自噬、巨自噬和分子伴侣介导的自噬[1]，通常所说的自噬是指巨自噬。自噬作为一种自我保护机制是细胞正常生长所必需的，对保护细胞免受代谢应激和氧化损伤、维持细胞内环境稳定以及产物的降解和循环再利用具有重要作用。有研究表明，在特定的情况下适当诱导自噬可通过调节细胞内外动态平衡而促进细胞存活，然而自噬水平过度升高会严重影响细胞的生长发育，诱导细胞程序性死亡，即自死亡[2]。

自噬通量是指自噬产生和发展的整个过程，包括自噬启动、隔离膜产生、自噬体形成、自噬溶酶体形成以及包裹物的降解与再循环[3]。上述任何环节受阻，自噬的稳态都会发生紊乱，近年来的研究多以自噬通量而不是自噬小体的多寡来评价自噬水平[4-5]。从自噬通量的角度分析，自噬体增多既可能是因为形成增多，也可能是降解减少，若只是自噬体形成增加，则表示通过该途径的流量增加，导致自噬体周转率提高，自噬增强，若只是自噬体降解减少，则表示自噬减弱[5]。

自噬通量涉及多个环节和关键蛋白，因此影响中枢神经系统自噬通量功能的因素很多，包括内质网应激、氧化应激和衰老等[6]。神经系统损伤中自噬通量的变化更是复杂，病情轻重、病程长短、药物干预等都会影响自噬通量的变化。本文主要对不同模型、不同干预措施自噬通量的改变及其与预后的关系的新近研究进行综述。

1   神经系统损伤后自噬通量的变化

中枢神经系统损伤包括创伤性脑损伤（traumatic brain injuries，TBI）和脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）。在创伤后受损的中枢神经系统中自噬失调，并可能发挥有益或有害的功能。恢复和（或）增强适当的自噬功能，例如通过诱导溶酶体发生，可能是TBI和SCI潜在治疗靶点[7-8]。

1.1   脊髓损伤与自噬通量   在大鼠、小鼠、家兔急性脊髓挫伤模型、小鼠神经结扎模型以及大鼠和小鼠慢性脊髓压迫模型中自噬小体增加[7，9-10]，但是不同动物模型，不同损伤方式和严重程度自噬小体大量生成的时间存在差异。LIU等[11]在小鼠SCI模型中发现自噬体标记物LC3-II在损伤后24 h内显著增加，随后逐渐降低，而GU等[9]却发现在SCI后3～7天LC3-II才达到峰值。P62/SQSTM1蛋白随着自噬小体的降解而减少，因此P62水平通常可以用来近似反映自噬小体的降解率。大多数报道都描述LC3-II和P62在受损脊髓组织中积聚[7，9-10]，表明脊髓损伤后自噬小体的积累可能是由于自噬体的降解受到抑制，即自噬通量受阻。有报道GFP-LC3转基因小鼠脊髓中度挫伤后自噬通量受阻，并证明GFP-LC3阳性自噬小体和P62在损伤部位附近的同一细胞中积累[12]。尽管自噬的变化在不同损伤模型和损伤严重程度间存在差异，但大多数证据表明脊髓损伤后自噬通量受阻。

ZHENG等[13]通过研究动脉瘤夹加压家兔脊髓挫伤模型发现，Tubasatin A（选择性HDAC6抑制剂）可促进脊髓损伤小鼠的微管乙酰化和稳定化，减少自噬结构蛋白LC3 II和P62表达，从而恢复自噬通量，提示脊髓损伤后自噬通量的恢复有助于神经元轴突长度的增加。YU等[14]通过原代神经元液压损伤模型发现神经元损伤后存在自噬通量受阻，还发现神经元自噬存在“调控窗”，在损伤后24 h用PTEN抑制剂bpv进行干预，不仅可抑制损伤后自噬的发生，还可减轻细胞凋亡的发生，这或许可以为神经系统外伤治疗提供新的思路。

1.2   脑损伤与自噬通量   在人脑损伤尸检样本及脑脊液中，自噬关键分子明显增加[15]。脑损伤后脑组织中P62的积聚与损伤严重程度有关，这可能反映自噬通量受阻与预后存在关联[16]。在老鼠受控皮质撞击（CCI）模型和液压冲击模型中，可以观察到自噬小体的积聚[17]。这表明与脊髓损伤不同，脑损伤自噬通量的改变可能取决于损伤的严重程度[17]。在大鼠CCI模型中，中、重度损伤后自噬启动无明显改变，而轻度损伤后在同侧皮质中P62减少，同时伴有Beclin 1、ATG5和ATG12增加，表明自噬启动增强，自噬通量未受损[18]。尽管如此，大多数研究证明重度脑损伤模型中自噬通量确实受阻[16-18]。

类似地，ZHANG等[8]在对大鼠液压冲击TBI模型的研究中发现，自噬标记物增加可能起到神经保护作用。此外，已证明自噬诱导剂雷帕霉素可为小鼠TBI后提供神经保护，并降低继发性损伤的发生率[19]。相反，一项在CCI小鼠模型中使用3-MA抑制自噬的研究发现，自噬途径参与TBI后病理生理反应，抑制自噬可能有助于减轻创伤性损伤和改善神经功能[20]。对这一矛盾现象的一种解释是，当自噬通量通畅时自噬可能起到神经保护作用，但当自噬通量受阻时自噬可能起到神经毒性作用[21]。自噬受损的Becn1+/-小鼠P62水平增加，LC3-II水平降低，神经元存活率及神经恢复程度明显低于野生型小鼠，認为自噬通量受阻对大脑有害；与未接受雷帕霉素干预的野生型小鼠相比，雷帕霉素治疗的野生型小鼠神经元存活率和神经恢复程度更高；与未接受雷帕霉素干预的Becn1+/-小鼠相比，雷帕霉素治疗的Becn1+/-小鼠神经元存活率无改善，甚至下降，提示当自噬通量不受干扰时自噬具有神经保护作用，但自噬通量受阻时，自噬具有神经毒性[21]。另一种解释可能是损伤后溶酶体的破裂或渗漏导致细胞死亡[22-23]。脑损伤的严重程度和类型可能影响自噬的作用[24]。还有学者认为，自噬被诱导的时间可能决定自噬的神经保护作用[25]。

2   自噬的好壞与自噬通量阈值

2.1   自噬的好坏   自噬在中枢神经系统损伤早期被快速诱导，而且长期存在并影响疾病的发展。关于自噬到底扮演什么样的角色，存在自噬好坏两种对立的观点。一方面可能是由于部分研究忽视了自噬是一个过程，没有考虑自噬通量，仅从自噬体的多寡来评判自噬水平。自噬不仅有自噬体生成还有溶酶体降解，只有兼顾两者才能全面评估自噬水平。另一方面可能是因为自噬是多步骤的动态过程，涉及多个系统，影响因素复杂。可能是损伤严重程度、损伤模型和损伤后时间点不同等原因，导致自噬通量阻滞程度和环节不同。当损伤程度较轻时，自噬通量尚未发生阻滞，提高自噬可能具有神经保护作用，当损伤严重时细胞自噬通量发生阻滞，如促进自噬产生，则无法有效降解底物，导致有害蛋白沉积、炎症因子析出，反而会损伤细胞。

2.2   自噬通量阈值   为了更直观评价自噬，有学者提出“自噬通量阈值”概念[25]。自噬通量包括自噬体的生成和降解，自噬体生成和降解的速率是否存在极限值，超过极限值便会诱导细胞自死亡，低于极限值则减少细胞死亡。KAPUY等[26]通过研究外界压力增加对自噬和凋亡信号的影响，发现在细胞应激过程中，起初的自噬活性增强可以减少细胞凋亡，随着应激强度的增加，caspase介导的Beclin1裂解，最终导致细胞凋亡，同时伴有自噬减少。这一结果表明确实存在一个自噬水平的最大值和新稳定状态的时间点。LAMY等[27]在骨髓瘤细胞中发现抑制caspase10会降解bcl-2相关转录因子1，自噬活动异常增强，从而导致非凋亡细胞死亡，此时自噬通量明显超过峰值，因而支持“自噬通量阈值”的存在。

然而，目前无实验可以判断确切的自噬通量阈值，“自噬通量阈值”仍只是一个概念。自噬介导的细胞死亡的一个特征就是内质网结构的耗尽和内、外核膜的分离。内质网是自噬体产生的关键来源和平台，它的耗尽可以作为自噬通量的相对指标。LEVINE等[28]推测由于内质网耗尽，外核膜被用作支持自噬小体产生的“最后手段”，内外核膜消失不可避免导致细胞死亡。自噬小体生成过度或降解减少会导致自噬小体蓄积，从而耗尽内质网和核膜，诱导细胞程序性死亡。自死亡是否可以归因于自噬体生成速率和降解速率的差值过大，这个过大的差值是否就等于“自噬通量阈值”，有待进一步研究。

3   总结与展望

越来越多的证据揭示了自噬和自噬通量在中枢神经系统损伤中的重要作用，然而其中有很多问题目前尚无定论。大多数研究表明，当自噬通量畅通时，将原有水平的自噬向反方向诱导，多数情况下有助于内环境平衡和疾病恢复，当自噬通量受阻时，恢复自噬通量、促进自噬多数情况下有益于疾病预后。更详细深入地了解不同疾病下自噬通量的变化和自噬水平，对疾病发生和发展的不同时间进行针对性干预，可能有利于疾病预后。此外，目前上市的自噬调节剂如雷帕霉素、氯喹、羟氯喹等缺乏专一性，会产生一些副作用，有必要进一步研发高效、安全的自噬调节剂。

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[收稿日期] 2022-08-31

（本文編辑   王晓蕴）